В даний час існує багато виробничих процесів для конструкцій з композитних матеріалів, які можуть бути застосовані для виробництва та виготовлення різних конструкцій.Однак, враховуючи ефективність промислового виробництва та витрати на виробництво авіаційної промисловості, особливо цивільних літаків, необхідно терміново вдосконалити процес затвердіння, щоб скоротити час і витрати.Швидке створення прототипів — це новий метод виробництва, заснований на принципах дискретного та складеного формування, що є недорогою технологією швидкого прототипування.Загальні технології включають компресійне формування, рідинне формування та формування термопластичних композитних матеріалів.
1. Технологія швидкого прототипування прес-форми
Технологія швидкого формування прототипів формування — це процес, у якому попередньо закладені препрег-заготовки поміщаються у формувальну форму, а після того, як форма закривається, заготовки ущільнюються та твердіють за допомогою нагрівання та тиску.Швидкість формування висока, розмір продукту точний, а якість формування стабільна та рівномірна.У поєднанні з технологією автоматизації це може забезпечити масове виробництво, автоматизацію та недороге виробництво структурних компонентів з вуглецевого волокна в галузі цивільної авіації.
Етапи формування:
① Отримайте високоміцну металеву форму, яка відповідає розмірам необхідних деталей для виробництва, а потім встановіть форму в прес і нагрійте її.
② Попередньо сформуйте необхідні композитні матеріали за формою.Попереднє формування є вирішальним етапом, який допомагає покращити продуктивність готових деталей.
③ Вставте попередньо сформовані частини в розігріту форму.Потім стисніть прес-форму під дуже високим тиском, зазвичай коливається від 800 psi до 2000 psi (залежно від товщини деталі та типу використовуваного матеріалу).
④ Після зниження тиску вийміть деталь із форми та видаліть усі задирки.
Переваги лиття:
З різних причин формування є популярною технологією.Однією з причин, чому він популярний, є використання передових композитних матеріалів.Порівняно з металевими частинами ці матеріали часто міцніші, легші та стійкіші до корозії, що призводить до кращих механічних властивостей об’єктів.
Ще однією перевагою лиття є можливість виготовлення дуже складних деталей.Хоча ця технологія не може повністю досягти швидкості виробництва пластику під тиском, вона забезпечує більш геометричні форми порівняно зі звичайними ламінованими композитними матеріалами.Порівняно з литтям під тиском пластику, це також дозволяє використовувати довші волокна, що робить матеріал міцнішим.Таким чином, формування можна розглядати як золоту середину між литтям пластмас під тиском і виробництвом ламінованих композитних матеріалів.
1.1 Процес формування SMC
SMC - це абревіатура від sheet metal forming composite materials, тобто композиційні матеріали для формування листового металу.Основна сировина складається зі спеціальної пряжі SMC, ненасиченої смоли, добавок із низькою усадкою, наповнювачів та різноманітних добавок.На початку 1960-х років він вперше з'явився в Європі.Близько 1965 року Сполучені Штати та Японія послідовно розвивали цю технологію.Наприкінці 1980-х років Китай представив передові виробничі лінії та процеси SMC з-за кордону.SMC має такі переваги, як чудові електричні характеристики, стійкість до корозії, мала вага та проста та гнучка конструкція.Його механічні властивості можна порівняти з певними металевими матеріалами, тому він широко використовується в таких галузях, як транспорт, будівництво, електроніка та електротехніка.
1.2 Процес формування BMC
У 1961 році була випущена ненасичена полімерна формовочна суміш (SMC), розроблена Bayer AG у Німеччині.У 1960-х роках почали просувати масу для формування тіста (BMC), також відому як DMC (Dough Molding Compound) у Європі, яка не була згущена на ранніх стадіях (1950-ті роки);За американським визначенням BMC - це потовщений BMC.Після прийняття європейської технології Японія досягла значних успіхів у застосуванні та розвитку BMC, і до 1980-х років ця технологія стала дуже зрілою.Поки що матриця, яка використовувалася в BMC, була ненасиченою поліефірною смолою.
BMC належить до термореактивних пластмас.Виходячи з характеристик матеріалу, температура барабана для матеріалу машини для лиття під тиском не повинна бути надто високою, щоб полегшити потік матеріалу.Таким чином, у процесі лиття під тиском BMC контроль температури барабана матеріалу є дуже важливим, і система контролю повинна бути на місці, щоб забезпечити придатність температури, щоб досягти оптимальної температури від секції подачі до секції. насадка.
1.3 Формування поліциклопентадієну (PDCPD).
Поліциклопентадієн (PDCPD) формується переважно з чистої матриці, а не з армованого пластику.Принцип процесу формування PDCPD, який виник у 1984 році, належить до тієї ж категорії, що й формування поліуретану (PU), і вперше був розроблений у Сполучених Штатах та Японії.
Telene, дочірня компанія японської компанії Zeon Corporation (розташована в Бондю, Франція), досягла великих успіхів у дослідженні та розробці PDCPD і її комерційних операцій.
Сам процес формування RIM легше автоматизувати та має нижчу вартість праці порівняно з такими процесами, як напилення FRP, RTM або SMC.Вартість форми, яку використовує PDCPD RIM, набагато нижча, ніж у SMC.Наприклад, форма капота двигуна Kenworth W900L використовує нікелеву оболонку та литий алюмінієвий сердечник із смолою низької щільності з питомою вагою лише 1,03, що не лише зменшує витрати, але й зменшує вагу.
1.4 Пряме онлайн-формування армованих волокном термопластичних композитних матеріалів (LFT-D)
Приблизно в 1990 році LFT (Long Fiber Reinforced Thermoplastics Direct) був представлений на ринку Європи та Америки.Компанія CPI у Сполучених Штатах є першою в світі компанією, яка розробила обладнання для формування термопластів, армованих довгими волокнами, і відповідну технологію (LFT-D, Direct In Line Mixing).Він почав комерційну експлуатацію в 1991 році і є світовим лідером у цій галузі.Німецька компанія Diffenbarcher досліджує технологію LFT-D з 1989 року. Наразі в основному існують LFT D, Tailored LFT (яка може досягти локального зміцнення на основі структурної напруги) та Advanced Surface LFT-D (видима поверхня, висока поверхня). якість) технологій.З точки зору виробничої лінії, рівень преса Diffenbarcher дуже високий.Екструзійна система D-LFT компанії German Cooperation займає провідну позицію на міжнародному рівні.
1.5 Технологія безформового лиття (PCM)
PCM (Patternless Casting Manufacturing) розроблено Центром лазерного швидкого прототипування Університету Цінхуа.Технологію швидкого прототипування слід застосовувати до традиційних процесів лиття з піску.По-перше, отримайте CAD-модель лиття з CAD-моделі деталі.Файл STL САПР-моделі лиття розшаровується для отримання інформації про профіль поперечного перерізу, яка потім використовується для створення керуючої інформації.Під час процесу формування перше сопло точно розпилює клей на кожен шар піску за допомогою комп’ютерного керування, тоді як друге сопло розпилює каталізатор уздовж того самого шляху.Обидва піддаються реакції з’єднання, шар за шаром твердіючи пісок і утворюючи купу.Пісок у зоні, де адгезив і каталізатор працюють разом, твердне разом, тоді як пісок в інших зонах залишається в гранульованому стані.Після затвердіння одного шару склеюється наступний, а після склеювання всіх шарів виходить просторова сутність.Оригінальний пісок залишається сухим піском у місцях, де клей не розпилюється, що полегшує його видалення.Очищаючи в середині незатверділий сухий пісок, можна отримати ливарну форму з певною товщиною стінок.Після нанесення або просочування фарбою внутрішньої поверхні піщаної форми її можна використовувати для заливки металу.
Температура затвердіння процесу PCM зазвичай становить близько 170 ℃.Фактичне холодне укладання та холодне зняття, що використовуються в процесі PCM, відрізняється від формування.Холодне укладання та холодне видалення передбачає поступове укладання препрега на форму відповідно до вимог до структури виробу, коли форма знаходиться на холодному кінці, а потім закриття форми за допомогою формувального преса після завершення укладання для забезпечення певного тиску.У цей час форма нагрівається за допомогою машини для вимірювання температури прес-форми. Звичайним процесом є підвищення температури від кімнатної температури до 170 ℃, і швидкість нагрівання потрібно регулювати відповідно до різних продуктів.Більшість з них виготовлені з цього пластику.Коли температура прес-форми досягає встановленої температури, виконується ізоляція та збереження тиску для затвердіння продукту при високій температурі.Після завершення затвердіння також необхідно використовувати машину для вимірювання температури прес-форми, щоб охолодити температуру форми до нормальної температури, а швидкість нагрівання також встановити на рівні 3-5 ℃/хв. Потім продовжити відкриття форми та вилучення частини.
2. Технологія рідинного формування
Технологія рідкого формування (LCM) відноситься до серії технологій формування композитних матеріалів, які спочатку поміщають сухі волокнисті преформи в закриту порожнину форми, а потім вводять рідку смолу в порожнину форми після закриття форми.Під тиском смола тече і просочує волокна.Порівняно з процесом формування банки гарячим пресуванням, LCM має багато переваг, таких як придатність для виготовлення деталей з високою точністю розмірів і складним зовнішнім виглядом;Низька собівартість і проста експлуатація.
Особливо процес високого тиску RTM, розроблений в останні роки, HP-RTM (High Pressure Resin Transfer Molding), скорочено як процес формування HP-RTM.Це стосується процесу формування під високим тиском для змішування та впорскування смоли у вакуумну герметичну форму, попередньо закладену армованими волокном матеріалами та попередньо вбудованими компонентами, а потім отримання виробів із композитних матеріалів шляхом заповнення потоком смоли, просочення, затвердіння та виймання з форми. .Очікується, що завдяки скороченню часу впорскування можна буде контролювати час виготовлення авіаційних структурних компонентів протягом десятків хвилин, досягаючи високого вмісту волокна та високопродуктивного виробництва деталей.
Процес формування HP-RTM є одним із процесів формування композитних матеріалів, який широко використовується в багатьох галузях промисловості.Його переваги полягають у можливості досягнення низької вартості, короткого циклу, масового виробництва та високоякісного виробництва (з хорошою якістю поверхні) порівняно з традиційними процесами RTM.Він широко використовується в різних галузях промисловості, таких як автомобілебудування, суднобудування, літакобудування, сільськогосподарське машинобудування, залізничний транспорт, виробництво енергії вітру, виробництво спортивних товарів тощо.
3. Технологія формування термопластичного композиційного матеріалу
В останні роки термопластичні композитні матеріали стали гарячою точкою досліджень у галузі виробництва композитних матеріалів як усередині країни, так і за кордоном, завдяки їхнім перевагам, таким як висока стійкість до ударів, висока в’язкість, висока стійкість до пошкоджень і хороша термостійкість.Зварювання термопластичних композиційних матеріалів може значно зменшити кількість заклепкових і болтових з’єднань у конструкціях літака, що значно покращує ефективність виробництва та знижує витрати на виробництво.Згідно з Airframe Collins Aerospace, першокласним постачальником авіаційних конструкцій, зварювані термопластичні конструкції без гарячого пресування можуть скоротити виробничий цикл на 80% порівняно з металевими та термореактивними композитними компонентами.
Використання найбільш підходящої кількості матеріалів, вибір найбільш економічного процесу, використання продуктів у відповідних частинах, досягнення заздалегідь визначених цілей проектування та досягнення ідеального співвідношення продуктивності та вартості продуктів завжди були напрямком зусиль для практиків композиційних матеріалів.Я вважаю, що в майбутньому буде розроблено більше процесів формування, щоб задовольнити потреби виробництва.
Час публікації: 21 листопада 2023 р
